高一物理失重演示實(shí)驗(yàn)的處理

胡海元

摘要： 物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中更是占有舉足輕重的地位。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高物理教學(xué)效率和開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造能力，在加強(qiáng)素質(zhì)教育的今天，顯得更加重要。創(chuàng)新是當(dāng)今社會(huì)最珍視的品質(zhì)，在新的高中課程改革的實(shí)踐教學(xué)中，作者不斷摸索、研究，同時(shí)，側(cè)重高一教材的分析，對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)手段大膽創(chuàng)新與拓展。在此就對(duì)高一物理新課程失重瓶實(shí)驗(yàn)提出改進(jìn)方案。

“物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為本的科學(xué)。”［１］這一精辟論述出自諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)?、理論物理學(xué)家楊振寧教授的一則題詞，它表達(dá)了物理學(xué)界的共同見解，抓住了物理學(xué)的根本特征。高一物理課程改革已經(jīng)進(jìn)入全面的實(shí)驗(yàn)階段，我校物理組的教師從新課程教學(xué)理念出發(fā)，積極聯(lián)系實(shí)際，從課堂演示實(shí)驗(yàn)入手開始探索，比較傳統(tǒng)教法和新教材的差距，在領(lǐng)會(huì)如何教的同時(shí)，努力從學(xué)生學(xué)習(xí)心理的角度想問題，不斷完善自己的教學(xué)手段。

1.案例背景

在高一物理新課程中，關(guān)于超重與失重的教學(xué)是改動(dòng)較大的一處。以往的教法是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，進(jìn)而引出超重和失重的定義。新教材推翻了這種演繹式的教法，直接以感性的生活素材銜接學(xué)生，從體重計(jì)上的起立下蹲動(dòng)作引起指針的擺動(dòng)談起，突出了“生活中的物理，物理來自生活”的主題。在領(lǐng)會(huì)了這個(gè)主旨的前提下，我們開始了多次失重演示實(shí)驗(yàn)的嘗試。

2.研究意圖

由于超重和失重現(xiàn)象比較抽象，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在這部分課堂處理上有相當(dāng)重要的作用。在提出了失重概念以后，組織這堂課教學(xué)的關(guān)鍵，也就集中到如何選取和改進(jìn)失重演示實(shí)驗(yàn)這一點(diǎn)上，這將決定整個(gè)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在眾多的失重演示實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，又以完全失重實(shí)驗(yàn)的演示為課堂教學(xué)的小高潮。

（1）壓力消失現(xiàn)象［2］

在一個(gè)平底吊盤上放一個(gè)重物m，把一薄紙條A的一端壓在重物m和吊盤之間，如上圖所示，紙條盡量窄且不很結(jié)實(shí)。當(dāng)抽動(dòng)一端時(shí)，紙條輕易地被拉斷。實(shí)驗(yàn)時(shí)，一只手把紙條的另一端固定，另一只手提著盤的吊線B。先提著盤和重物慢慢下降，則紙條先被拉緊，接著就斷裂了。

這是因?yàn)榧垪l被重物壓著的一端存在靜摩擦力的作用。第二次換一張同樣的紙條，把紙條的一端壓在重物和盤之間，另一端固定，但是提吊線B的手突然放開，使盤和重物同時(shí)自由下落，可以看到紙條沒有被拉斷，完好如初。

這是因?yàn)樽杂上侣溥^程中重物完全失重，不受盤的支持力，其反作用力——重物對(duì)盤的壓力也就消失了，使靜摩擦力不復(fù)存在。因此，可以從容地拉出紙條。

（2）失重瓶實(shí)驗(yàn)

以前經(jīng)常采取的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)就是本文要進(jìn)一步討論的失重瓶實(shí)驗(yàn)。如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生印象深刻、躍躍欲試，并且可以使他們認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，那么就達(dá)到了最佳的教學(xué)效果。具體的實(shí)驗(yàn)方案是將一個(gè)開口礦泉水瓶瓶底開一小孔，瓶中裝適量水，瓶子靜止不動(dòng)時(shí)有水流出；當(dāng)瓶子自由下落時(shí)，則沒有水流出，說明此時(shí)瓶?jī)?nèi)的水對(duì)瓶底沒有壓力，處于完全失重狀態(tài)。在實(shí)際教學(xué)中，這樣的實(shí)驗(yàn)雖然很直觀形象，但是我發(fā)現(xiàn)這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)如果在此戛然而止，必然會(huì)對(duì)以后遇到的變化埋下隱患。原因在于實(shí)驗(yàn)是在瓶子做自由落體運(yùn)動(dòng)下成功的，無形中會(huì)給學(xué)生這樣一個(gè)暗示：完全失重狀態(tài)必須在自由落體運(yùn)動(dòng)情況下才能出現(xiàn)，而遇到瓶子做豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，情況會(huì)怎樣，學(xué)生往往會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。所以，針對(duì)以上的情況我嘗試了改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)干脆將各種運(yùn)動(dòng)情況都演示出來，并且用層層遞進(jìn)的追問方式把這一問題圓滿解決了，收到了良好的教學(xué)效果。

3.教學(xué)過程

以下對(duì)有特色的部分片段進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

師：前面我們總結(jié)了什么是超重，什么是失重。下面我們?cè)賮碛^察一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)大家找出這種現(xiàn)象是超重還是失重？

演示自由落體的失重瓶實(shí)驗(yàn)。

師：下落前和下落過程中，你看到瓶?jī)?nèi)的水有沒有流出來？

生：下落前，水流了出來；下落過程中，水沒有流出來。

師：這是什么原因呢？（學(xué)生討論）

師生共同總結(jié)：水能流出，是由于水對(duì)瓶壁有壓力。當(dāng)水和瓶一起做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓力消失了，這時(shí)，瓶中的水只受到重力作用。我們就把這種只受到重力作用的物體所處的狀態(tài)稱為完全失重狀態(tài)。

（板書完全失重狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)情況：1.自由落體）

師：剛才瓶子是下落狀態(tài)，如果瓶子豎直上拋，會(huì)有水流出嗎？（引發(fā)討論，調(diào)動(dòng)情緒）

演示豎直上拋的失重瓶實(shí)驗(yàn)。

師：如何解釋這種現(xiàn)象呢？

生：說明瓶子在豎直上拋時(shí)還是處于完全失重狀態(tài)。

（板書：2.豎直上拋運(yùn)動(dòng)）

師：如果將瓶子改成斜拋，情況還和前面一樣嗎？

選擇一名同意情況一樣的學(xué)生到講臺(tái)上自己動(dòng)手演示。

（板書：3.斜拋運(yùn)動(dòng)）

師生共同總結(jié)：可見，物體是否處于完全失重狀態(tài)，并不是決定于運(yùn)動(dòng)形式，而是決定于受力情況，只要是僅受重力（加著重號(hào)）作用下運(yùn)動(dòng)的物體都是處于完全重狀態(tài)。

（板書：完全失重的本質(zhì)）

4.教學(xué)反思

其實(shí)新教材改革是給枯燥乏味的課堂說教增添趣味的探索，增加學(xué)生主動(dòng)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，從而完成符合人的學(xué)習(xí)心理，易于被人接受的教學(xué)形式。［3］根據(jù)這樣的理念上的轉(zhuǎn)變，在物理教學(xué)中，注重實(shí)驗(yàn)的改良和探索實(shí)驗(yàn)過程的革新是相當(dāng)重要的。所以，我在教學(xué)實(shí)踐中，尤其注意如何利用實(shí)驗(yàn)、做好實(shí)驗(yàn)、改良原有的實(shí)驗(yàn)和積極反思做完實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)缺點(diǎn)，逐步豐富和完善高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新教材改革中發(fā)揮的作用。上面的這個(gè)例子也正是在原有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，稍加拓寬和提高，并且注意到了學(xué)生的接受能力和過渡手段，用追問的方式將單個(gè)實(shí)驗(yàn)拓展成組合實(shí)驗(yàn)，力爭(zhēng)做到由淺入深、步步為營(yíng)，讓不同層次的學(xué)生都能參與到學(xué)習(xí)過程中去，得到不同的體驗(yàn)。應(yīng)該注意到類似這種實(shí)驗(yàn)器材比較簡(jiǎn)單和常見的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生是一種提醒和震撼——原來只要?jiǎng)幽X，在我們身邊可以有各種各樣的從書本中走出來，聯(lián)系實(shí)際，聯(lián)系生活的有趣的實(shí)驗(yàn)，并且是一般人都能完成的，從而獲得探究的成就感，滿足進(jìn)一步探究的臺(tái)階式的心理體驗(yàn)。

總之，開展物理創(chuàng)新教育，對(duì)課堂演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，是素質(zhì)教育的要求，是當(dāng)前課改的目的，是建立創(chuàng)新型國(guó)家的需要。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程（力學(xué)）.高等教育出版社，1986，2.

［2］實(shí)驗(yàn)天地.失重現(xiàn)象演示四例.

［3］郭奕玲.對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)看法.